基于概率密度演化方法的古建筑残损木构件可靠度研究

【目的】建立随时间变化的古建筑残损木构件多因子强度退化模型,验证基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析的适用性,提高古建筑残损木构件可靠度分析的计算精度和效率,为古建筑保护中构件力学性能的量化和评估提供科学依据。【方法】综合考虑长期荷载、腐朽、虫蛀和干缩开裂对木材损伤的影响,借助已有模型和理论,建立木构件多因子损伤时变模型并推导出强度退化模型。以某古建筑木结构的典型柱为例,根据强度退化模型确定影响参数,对残损影响参数进行灵敏度计算及排序,通过设定阈值确定影响构件残损的关键参数,将非关键参数常数化以实现参数的初步降维。通过拉丁超立方法在关键参数的参数域内选点得到1000组代表点,基于强度退化模型计算残余强度变化率,根据概率密度守恒构建概率密度演化方程,利用差分法求解得到残余强度比与随机参数的联合概率密度函数,在随机参数域内积分求得残余强度比随时间变化的概率密度函数,最后将概率密度函数在安全域内积分得到构件可靠度;同时基于蒙特卡罗法随机抽样产生10000组参数数据对残损木柱进行可靠度分析,对比分析两种方法计算出木柱服役时间为1~1000 a时的失效概率。【结果】随服役时间增加,木柱损伤变量逐渐增大,服役时间为1000 a时1000组不同参数值的构件几乎都达到失效界限;概率密度演化曲面中概率最高的残余强度比逐渐减小;构件失效概率随时间增大,即可靠度降低;服役时间为100、300、500、700、900 a的5个节点,蒙特卡罗法和概率密度演化方法计算所得的木柱失效概率差值分别为9.48%、3.92%、6.10%、8.40%、4.40%,在蒙特卡罗法参数取样量更多、计算用时更长的前提下,两者计算所得失效概率差值不超过10%。【结论】建立的多因子强度退化模型可用于木柱残余强度的评估和预测,但仍需要进一步的修正。基于概率密度演化方法对残损木构件进行可靠度分析是可行的,与蒙特卡罗法相比具有更高的效率。

蓬莱戚家牌坊化学加固保护与残损构件修复

本文介绍了蓬莱戚家牌坊化学加固保护与残损构件修复的具体技术措施及相关施工工艺。

基于木材弹塑性损伤本构的古建木结构残损梁柱构件损伤非线性分析

局部糟朽、虫蛀在古建筑梁柱构件中普遍存在,采用数值模拟方法分析其受力性能意义重大。在连续介质力学和损伤力学框架内,建立木材的弹塑性损伤本构模型,并基于ABAQUS的用户材料开发接口UMAT进行本构模型的二次开发,通过模拟已有文献中的三点受弯木梁试验,对本构模型的正确性进行验证。通过人工预制局部开槽的方式模拟实际古建筑木结构中梁柱构件的局部糟朽和局部虫蛀,基于所开发的本构模型建立有限元模型,并通过已有试验验证模型的正确性。结果表明:所建木材的弹塑性损伤本构模型和木梁、木柱的有限元模型可较好地反映残损梁柱构件在受力过程中的非线性受力和损伤演化行为。

残损古建筑木结构力学性能相关研究进展与展望

古建筑木结构具有极其宝贵的历史文化价值、艺术价值和科学研究价值,但在环境侵蚀、人为损坏以及自然灾害等影响下,其材料、构造与结构等方面都会产生不同程度的损伤,对结构的承载能力、稳定性以及安全性造成不利影响。结合古建筑木结构残损与破坏特点,总结了近年来国内外对木材性能,榫卯节点、斗拱节点以及梁、柱等典型构件残损,以及整体结构抗震性能等方面的理论、试验与数值模拟等研究现状,重点分析了残损对古建筑木结构承载能力和抗震性能的影响,在此基础上探讨了基于残损的古建筑木结构力学性能研究发展趋势并进行展望,以期为木结构古建筑的预防性保护未来研究课题提供参考。